(57)【要約】【課題】  均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能なＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法、この製造方法を用いて製造したＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線、およびこの製造方法に用いる製造装置を提供する。【解決手段】  Ｎｂ（Ｎｂ合金）とＡｌ（Ａｌ合金）とを含むマルチ線材１２を、線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体Ｇａ２７にマルチ線材１２を通して急速に冷却処理することによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法において、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするための処理として、液体Ｇａ２７の液面高さを一定に制御するように、液体Ｇａ２７の液面高さを液面センサー３４により計測し、変化した液面高さに応じて液体ＧａをＧａ注入ポート３５より注入する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法であって、
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするための処理として、前記冷却用液体金属材の液面高さを一定とするための処理がなされることを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項２】
前記線材は、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とからなる積層体の周囲にＮｂあるいはＮｂ合金のマトリックス材料を被覆してシングル線材を形成し、前記シングル線材を複数本、束ねた周囲にＮｂあるいはＮｂ合金のマトリックス材料を被覆して形成したマルチ線材であることを特徴とする請求項１記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項３】
前記液面高さを一定とするための処理は、前記冷却用液体金属材の液面高さを計測し、変化した液面高さに応じて前記冷却用液体金属材を注入することにより行なうことを特徴とする請求項１記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項４】
前記液面高さを一定とするための処理は、前記冷却用液体金属材の液面高さを計測し、変化した液面高さに応じて前記冷却用液体金属材に該金属材と化学反応を実質的に起こさない表面を有した物質を沈めることにより行なうことを特徴とする請求項１記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項５】
前記冷却用金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質は、アルミナコーティング処理された物質であることを特徴とする請求項４に記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項６】
前記液面高さを一定とするための処理は、前記冷却用液体金属材の液面高さを計測し、変化した液面高さに応じて前記冷却用容器を上下動させることにより行なうことを特徴とする請求項１記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項７】
ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法であって、
前記冷却処理が行われる際に、前記線材は、前記冷却用液体金属材中に全体が埋まった複数のリールにより送られることを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項８】
前記冷却用金属材は、液体ガリウム（Ｇａ）であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法により製造されたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線。
【請求項１０】
ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材を注入する注入ポートをさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１１】
前記冷却用容器が内部に配置される第１の筐体と、前記冷却用容器と連通した調整用容器が内部に配置される第２の筐体とを備え、前記注入ポートは、前記調整用容器に前記冷却用液体金属材を注入するものであることを特徴とする請求項１０記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１２】
ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、
前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材に沈められる該金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質をさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１３】
前記冷却用容器が内部に配置される第１の筐体と、前記冷却用容器と連通した調整用容器が内部に配置される第２の筐体とを備え、前記冷却用金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質は、前記調整用容器中の前記冷却用液体金属材に沈められるものであることを特徴とする請求項１２記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１４】
前記冷却用金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質は、アルミナコーティング処理された物質であることを特徴とする請求項１２記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１５】
前記第１の筐体及び前記第２の筐体は、内部が同等の真空状態であることを特徴とする請求項１１又は請求項１３に記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１６】
ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、
製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用容器を上下動させる制御機構をさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【請求項１７】
前記冷却用金属材は、液体ガリウム（Ｇａ）であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項に記載のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線、その製造方法及びその製造装置に関し、特に、線材長の長いＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線、その製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線は、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎのような合金系・化合物系超電導線と比べ、高磁界中における臨界電流密度特性に優れていることから、たとえば、物性研究用ＮＭＲマグネット、高エネルギー粒子加速器、核融合炉用マグネット等の超電導材料として実用化が期待されている。
【０００３】
従来、Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法として、たとえば、ＮｂとＡｌを所定の組成比率で複合し、相互の拡散距離を数十ｎｍ程度まで短くした状態で６００〜１０５０℃の温度に加熱し、固相拡散反応によりＮｂ３Ａｌ化合物を生成させる拡散法と呼ばれる製造方法が知られている。
【０００４】
しかし、この製造方法によると、化学量論組成において相平衡状態図的に約１３００℃以上の高温においてのみ安定な（単相化可能な）Ｎｂ３Ａｌ相にとっては、温度不足下（非安定温度領域）での固相拡散反応となる。このため、化学量論組成からのずれが発生したり、組成比の異なる相との混相状態になることが考えられる。結果として、高い臨界電流密度を得ることが難しく、たとえば、２０Ｔ以上の高磁界中で要求特性を満たす必要があるＮＭＲマグネット等に対し、拡散法をもって対処することはほぼ不可能であった。
【０００５】
一方、Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線を得るための他の製造方法として、ＮｂとＡｌを所定の組成比率で複合し、これを１５００℃以上の温度に急加熱して直ちに急冷し、これによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、これを再加熱することにより、Ｎｂ３Ａｌ化合物相を析出させる急熱急冷・変態法と呼ばれる製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この製造方法は、加熱温度が高いために化学量論組成からのずれや混相による臨界電流密度の低下がなく、高い臨界電流密度を有する超電導線の製造が可能であることから、ＮＭＲマグネット等の要求に対処可能な製造方法として有望視されている。言い換えると、急熱急冷・変態法は、Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線のＮＭＲマグネット等への適用を考えた場合、現状においては唯一の製造方法といえる。
【０００７】
通常、この急熱急冷・変態法による超電導線の製造は、以下の手順によって行われる。まず、ＮｂとＡｌのシートを準備して積層巻きした後、これをＮｂパイプで被覆し、シングル線材を作製する。次に、得られたシングル線材の複数本を再度Ｎｂパイプで被覆し、これに伸線加工等を施すことによってＮｂとＡｌのマルチ複合線材とし、その後、これを連続通電によるジュール発熱によって１５００℃以上の高温に加熱し、直ちに冷却する。この急加熱、急冷によりＮｂ、Ａｌ積層部にＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させた後、さらに、６００〜１０５０℃の温度で再度加熱し、これによりＮｂ３Ａｌを析出させ、超電導線とするものである。
【０００８】
図１３は、急熱急冷・変態法による超電導線の製造に用いられる従来の製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。急熱急冷装置２０は、マルチ線材１２を送り出す送出しリール２１、リール２１からマルチ線材１２を受ける通電用の通電キャプスタン２２、マルチ線材１２を急速加熱するための直流電源２３、通電キャプスタン２２からマルチ線材１２を受けるリール２４、リール２４からマルチ線材１２を受けて巻き取る巻取りリール２５、リール２４が収容（内部に配置）された冷却用容器２６、および冷却用容器２６内に入れられたマルチ線材１２を急冷するための冷却用金属材２７から概略構成されている。
【０００９】
このような急熱急冷装置２０において、線材にＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させるためには、まず、マルチ線材１２を送出しリール２１に巻き付け、一端を送出しリール２１から通電キャプスタン２２、リール２４を介して巻取りリール２５に巻き付ける。次いで、巻取りリール２５を所定の速度で回転させてマルチ線材１２を巻き取る。すると、送出しリール２１より送り出されたマルチ線材１２は、通電キャプスタン２２と冷却用金属材２７の液面と間で直流電源２３により連続的に通電加熱された（ジュール発熱した）後、冷却用金属材２７で急冷され、巻取りリール２５で巻き取られる。
【特許文献１】特開２００４−３５６０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の急熱急冷・変態法には以下の問題があった。すなわち、ＮＭＲマグネット等へＮｂ３Ａｌ線材を適用するためには、均質な特性を有するｋｍ級の線材長が必要となるが、このような長尺の線材について急熱急冷処理によりＮｂ３Ａｌ線材を製造すると、急熱急冷処理を行った線材の表面には冷却用金属材およびＮｂあるいはＮｂ合金と冷却用金属材との化合物が付着するため、急熱急冷処理長が長くなるにしたがって、冷却用容器中の冷却用金属材が減少する。急加熱時の電極も兼ねている冷却用金属材が減少すると、通電加熱部の長さ（線材のジュール発熱区間長さ）が長くなり処理条件が変化するため、急加熱時の最高到達温度が高くなり、線材長手方向に均質な長尺線材の作製が困難となるという問題があった。
【００１１】
従って、本発明の目的は、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能なＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法、この製造方法を用いて製造したＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線、およびこの製造方法に用いる製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするための処理として、前記冷却用液体金属材の液面高さを一定とするための処理がなされることを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を、前記線材のジュール発熱により急速に加熱処理した後に、冷却用液体金属材に前記線材を通して急速に冷却処理することによりＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させ、その後、再加熱することによりＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させる、急熱急冷・変態法を用いたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法であって、前記冷却処理が行われる際に、前記線材は、前記冷却用液体金属材中に全体が埋まった複数のリールにより送られることを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法を提供する。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明のＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法により製造されたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線を提供する。
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材を注入する注入ポートをさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用液体金属材に沈められる該金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質をさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置を提供する。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、ＮｂあるいはＮｂ合金とＡｌあるいはＡｌ合金とを含む線材を送り出す送出しリール、前記線材を急速加熱する加熱手段、前記線材を急冷する冷却用液体金属材を収容する冷却用容器、前記冷却用容器内に設けられた前記線材を送るリール、および前記線材を巻き取る巻取りリールを備えたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置であって、製造中におけるジュール発熱区間長さを一定とするために前記冷却用液体金属材の液面高さに応じて前記冷却用容器を上下動させる制御機構をさらに備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能であり、線材長手方向に安定した（均質な）臨界電流密度特性を有するＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態に係るＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法について説明する。
図１は、本実施形態における各製造過程での線材の形状を示したものである。
【００２０】
図１（ａ）は、複合素線７の断面構造を示したものである。この複合素線７は、Ｎｂシート２とＡｌシート３を積層し、これを中心材４に隙間なく巻き付けることによって構成したジェリーロール形式の積層体１上に、Ｎｂマトリックスを形成するためのＮｂ被覆５を形成し、さらにＮｂ被覆５の上にＣｕ被覆６を形成して作製される。ここで、中心材４としては、例えばＮｂを使用する。
【００２１】
図１（ｂ）は、シングル線材８を示したものである。このシングル線材８は、複合素線７を静水圧押し出しおよびダイス伸線により断面六角形状に減面加工し、その後、Ｃｕ被覆６を除去することによって作製できる。このシングル線材８は、六角形による密接集合が可能な構造となっている。
【００２２】
図１（ｃ）は、複合線材１１を示したものである。この複合線材１１は、外部マトリックスとなるべきＮｂ管９とＣｕ−Ｎｉ合金管１０を、静水圧押し出しによりシングル線材８の集合束の上に形成することによって得ることができる。この複合線材１１は、ダイス伸線によって所定の寸法に減面加工された後、最外周のＣｕ−Ｎｉ合金管１０が除去され、所定寸法のマルチ線材１２とされる。
【００２３】
図１（ｄ）は、以上の工程により得られたマルチ線材１２の断面構造を示したものである。図中９’は、マルチ線材１２の外層部を構成する外部マトリックスを示す。マルチ線材１２は、図のように丸線、平角線のどちらでも良い。
【００２４】
このマルチ線１２を後述する急熱急冷装置を用いて、所定の温度（例えば、１５００〜２０００℃程度）まで急速に加熱し、これを例えば液体ガリウム（Ｇａ）中に浸漬して急冷し、シングル線材８の積層体１の部分にＮｂ−Ａｌ過飽和固溶体を生成させた後、所定の温度（例えば、６００〜１０５０℃程度）で再加熱することによってＮｂ３Ａｌ化合物相を析出させたＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線が製造される。
【００２５】
急速加熱の手段としては、マルチ線材１２をジュール損失による自己発熱（ジュール発熱）で加熱する方法が好適であり、マルチ線材１２に直接電流を流す通電加熱方式が採用される。一方、高温に加熱されたマルチ線材１２を連続的に急速冷却（急冷）することを勘案すると、急冷の手段としては、沸点または分解温度が高い液体（例えば、液体Ｇａ）に連続的に浸漬する方法が好適である。
【００２６】
超電導線材の超電導特性は、ジュール発熱時の線材の最高到達温度により大きく左右されるが、最高到達温度は、線材への投入電気量（通電時間×通電電流値）によって変化するため、これらを一定にする必要がある。なお、「通電時間＝通電距離／通線速度」で規定される。通電電流値は電源により制御され、通線速度は通電キャプスタンモーターの回転速度によって制御されるため、これらは一定と考えられる。すなわち、通電距離（通電キャプスタンから液体Ｇａ液面までの距離、ジュール発熱区間長さ）をいかに一定に保つかが重要となる。しかしながら、急冷されたマルチ線材１２が、その表面にＧａおよび、Ｇａと外周マトリックス９’との化合物が付着した状態で、液体Ｇａを入れた冷却用容器の外へ出ることにより、冷却処理の進行に伴って冷却用容器内の液体Ｇａが減少することがある。ここで、通電キャプスタンは回転するが位置の移動がないことから、ジュール発熱区間長さを一定に保つためには液体Ｇａの液面高さの変動を制御すればよい。液体Ｇａの液面高さ変動の主要因としては、
（１）加熱線材の冷却を目的とした液体Ｇａ中への通線時に、液体Ｇａが温度上昇して熱膨張することによる液面の上昇
（２）通線によるＧａ液面の揺れ
（３）線材にＧａが付着し、冷却用容器内の液体Ｇａが減ることによる液面の低下
などが挙げられる。
【００２７】
図２は、以上の超電導線の製造プロセスをフローチャートにまとめたもので、図２の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図１の（ａ）〜（ｄ）に対応している。
【００２８】
〔第１の実施の形態〕
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。急熱急冷装置３０は、真空状態（例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒ）とされた第１の筐体３１Ａ内部に配置された、マルチ線材１２を送り出す送出しリール２１、リール２１からマルチ線材１２を受ける通電用の通電キャプスタン２２、マルチ線材１２を急速加熱する（ジュール発熱させる）ための直流電源２３、通電キャプスタン２２からマルチ線材１２を受けるリール２４、リール２４からマルチ線材１２を受けて巻き取る巻取りリール２５、リール２４が収容された冷却用容器２６、冷却用容器２６内に入れられたマルチ線材１２を急冷するための冷却用金属材（例えば、液体Ｇａ２７）、さらに、第１の筐体３１Ａの外部の第２の筐体３１Ｂ内部に配置された、冷却用容器２６に連通された調整用容器３２、調整用容器３２中の冷却用金属材（例えば、液体Ｇａ３３）、液体Ｇａ３３の液面高さを計測する液面センサー３４、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器３２に液体Ｇａ３３を注入するＧａ注入ポート３５から概略構成されている。Ｇａ注入ポート３５は、第２の筐体３１Ｂの側壁などに設置され、筐体３１Ｂ外部に通じている。
【００２９】
急熱急冷装置３０は、従来の急熱急冷装置２０と概ね同様の構成を備えるが、調整用容器３２中の液体Ｇａ３３の液面高さを一定に保つように調節することで、冷却用容器２６内の液体Ｇａ２７の液面高さを一定に保つことができる上記機構を備えている点で大きく相違している。
【００３０】
上記冷却用金属材としては、導電性に富み、沸点が高く、融点が低いことから、ガリウム（Ｇａ）が最適である。
【００３１】
第２の筐体３１Ｂ内部は、真空状態、例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒとされる。第１の筐体３１Ａと第２の筐体３１Ｂの内部は、同等の真空度を有した真空状態とすることが好ましい。両筐体内の真空度が大きく違う場合は、第１の筐体３１Ａ中の冷却用容器２６又は第２の筐体３１Ｂ中の調整用容器３２のどちらかへ、あるいは第２の筐体３１Ｂ内部が大気であった場合は、第１の筐体３１Ａ中の冷却用容器２６側へ第２の筐体３１Ｂ中の調整用容器３２から冷却用金属材が吸い込まれ、液面高さの正確な測定が困難となる。
【００３２】
液面センサー３４は、真空において使用できるセンサーを第２の筐体３１Ｂ内部に配置して使用する構成としてもよいが、大気圧下で使用できるセンサーを第２の筐体３１Ｂ外に配置する構成とすることが望ましい。また、Ｇａ注入ポート３５から液体Ｇａ３３を注入する際には、調整用容器３２中の液体Ｇａ３３の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
【００３３】
〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。急熱急冷装置４０は、急熱急冷装置３０と同様の構成を有するが、液面高さを一定に保つための調節機構（方法）において相違している。
【００３４】
急熱急冷装置４０では、急熱急冷装置３０におけるＧａ注入ポート３５に換えて、液面センサー３４により測定された液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器３２中の液体Ｇａ３３に出し入れされる嵩上げ用治具３６を備える。これにより、冷却用容器２６内の液体Ｇａ２７の液面高さを一定に保つことができる。嵩上げ用治具３６を調整用容器３２中の液体Ｇａ３３に出し入れする際には、液体Ｇａ３３の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
【００３５】
嵩上げ用治具３６は、冷却用金属材と実質的に化学反応を起こさない表面を有した物質であればよく、例えば、アルミナコーティングを施した物質を用いることが好ましい。アルミナは高温化でも化学的に安定であるため、急加熱・急冷処理によって冷却用金属材が高温になった場合でも、実質的に冷却用金属材と化学反応を起こさない表面処理として有効である。
【００３６】
〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。急熱急冷装置５０は、真空状態（例えば、５×１０−５Ｔｏｒｒ）とされた筐体３１内部に配置された、マルチ線材１２を送り出す送出しリール２１、リール２１からマルチ線材１２を受ける通電用の通電キャプスタン２２、マルチ線材１２を急速加熱するための直流電源２３、通電キャプスタン２２からマルチ線材１２を受けるリール２４、リール２４からマルチ線材１２を受けて巻き取る巻取りリール２５、リール２４が収容された図中横長の冷却用容器２６、冷却用容器２６内に入れられたマルチ線材１２を急冷するための冷却用金属材（例えば、液体Ｇａ２７）、さらに、図中横長の冷却用容器２６内のリール２４から離れた位置の液体Ｇａ２７の液面高さを計測する液面センサー３４、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて調整用容器３２に液体Ｇａ２７を注入するＧａ注入ポート３５から概略構成されている。Ｇａ注入ポート３５は、筐体３１の側壁などに設置され、筐体３１外部に通じている。冷却用容器２６は、縦幅又は横幅の全体を長くしても良いが、縦幅又は横幅の一部分を突出させてもよい。突出させた部分の液面高さを計測し、変化した液面高さに応じてそこへ液体Ｇａ２７をＧａ注入ポート３５から注入する。
【００３７】
液面センサー３４は、真空において使用できるセンサーを筐体３１内部に配置して使用する構成としてもよいが、大気圧下で使用できるセンサーを筐体３１外に配置する構成とすることが望ましい。また、Ｇａ注入ポート３５から液体Ｇａ２７を注入する際には、液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
【００３８】
〔第４の実施の形態〕
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。急熱急冷装置６０は、急熱急冷装置５０と同様の構成を有するが、液面高さを一定に保つための調節機構（方法）において相違しており、この点において急熱急冷装置４０と同様の構成を有する。
【００３９】
急熱急冷装置６０では、急熱急冷装置５０におけるＧａ注入ポート３５に換えて、液面センサー３４により測定された液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて冷却用容器２６中の液体Ｇａ２７に出し入れされる嵩上げ用治具３６を備える。嵩上げ用治具３６を冷却用容器２６中の液体Ｇａ２７に出し入れする際には、液体Ｇａ２７の液面が出来る限り揺れないようにすることが望ましい。
【００４０】
〔第５の実施の形態〕
図７は、冷却用容器内に収容されたリールの構成を示す概略図であり、（ａ）は従来の急熱急冷装置に係るものであり、（ｂ）は本発明の第５の実施の形態に係る急熱急冷装置に係るものである。
【００４１】
従来の急熱急冷装置に係るリール２４Ａは、巻取りリール２５によりマルチ線材１２が巻き取られると線材１２の動作に合わせて回転するため、液体Ｇａ２７の液面が波打ち、液面の揺れ（振動）が発生しやすい。このため、通電キャプスタン２２と液体Ｇａ２７の液面との距離、すなわち、通電距離に変化が生じることがある。
【００４２】
一方、本発明の第５の実施の形態に係る急熱急冷装置に係るリール２４Ｂは、固定されており回転せず、リール２４Ｂの円周に沿って設けられた複数の小リール２４ｂが、巻取りリール２５によりマルチ線材１２が巻き取られる際に回転するものであり、小リール２４ｂは全体が液体Ｇａ２７中に埋まっているため、回転してもＧａ液面の揺れ（振動）を発生させない、若しくは発生させにくい。
【００４３】
複数の小リール２４ｂは、例えば、リール２４Ｂの中心角１５°前後（１０〜２０°程度）の間隔でリール２４Ｂの円周に沿って、少なくともマルチ線材１２と接する部分に設けられる。小リール２４ｂのリール２４Ｂへの取り付け方法は、特に限定されるものではないが、リール２４Ｂを構成する２枚の円盤の円周に沿って小リール２４ｂの取り付け位置にそれぞれ小孔を設け、並行する小孔を利用して小リール２４ｂを取り付けることができる。
【００４４】
リール２４Ｂの大きさが直径１２０ｍｍ程度である場合には、直径５〜１５ｍｍ程度（１／２４〜１／８程度）の小リール２４ｂを用いることが望ましい。また、小リール２４ｂの材料は、液体Ｇａと実質的に化学反応しなければよく、アルミナやステンレス等を用いることができる。
【００４５】
〔第６の実施の形態〕
図８は、本発明の第６の実施の形態に係る急熱急冷装置の一部拡大概略図である。第６の実施の形態に係る急熱急冷装置は、液体Ｇａ２７の液面高さを計測するための、液体Ｇａ２７液面上方に設けたセンサーヘッド３７とセンサーヘッド３７の直下の液体Ｇａ２７液面上に浮かせて設けた特殊金属３８（被計測体）からなる真空中で使用できる液面センサーを備え、液面高さの変化に応じて液面高さを一定に保つように図示しない制御機構により制御されて、図示しない作動機構により冷却用容器２６が上下動される。冷却用容器２６内に収容されたリール２４Ｂの構成は、上述の第５の実施の形態に係る急熱急冷装置と同様の構成である。
【００４６】
上記作動機構は、冷却用容器２６が上下動される際における液体Ｇａ２７の液面の揺れを最小限とするための機構を備えていることが望ましい。また、上記作動機構は、急熱急冷装置の筐体（真空容器）の外部から手動によって作動可能な構成であってもよい。
【００４７】
液面センサーは、上記の真空中で使用できる液面センサーに換えて、図３のように、大気圧下で使用できるセンサーを筐体外に配置する構成としてもよい。
【００４８】
また、冷却用容器２６内に収容されたリールは、図７（ａ）のように従来の回転するリール２４Ａとしてもよいが、通電距離に変化が生じることがあるため、図８に示した通り、複数の小リール２４ｂを設けた回転しないリール２４Ｂを用いることが望ましい。同様に、第１〜４の実施の形態においても、複数の小リール２４ｂを設けた回転しないリール２４Ｂを用いることが望ましい。
【００４９】
〔変形例〕
上記実施の形態では、液面上方に設けた液面センサーを用いて液面までの距離を計測するような構造となっているが、液体Ｇａ上に被計測体を浮かせ、側面からこの高さの変動をモニターすることによって液面高さを知る方法も適用できる。
【００５０】
また、冷却用容器２６を通過したマルチ線材１２を、テフロン（登録商標）（物質名: ポリテトラフルオロエチレン）やシリコーン樹脂（物質名: ポリジメチルシロキサン）のシートで挟み込んだり、同じくテフロン（登録商標）やシリコーン樹脂のシートに穴をあけた治具を通過させることによって、マルチ線材表面に付着した液体Ｇａを拭ってやり、これを冷却用容器２６内に戻してやることによって、簡易的に液面高さの減少を抑制する方法も採用できるが、この方法では完全に液体Ｇａを拭うことはできず、液面高さの変化をなくすことはできないため、第１〜６の実施の形態において併用することが望ましい。
【００５１】
〔実施の形態の効果〕
（１）冷却用容器内の液体Ｇａの液面高さを一定に保つことにより、通電キャプスタンと液体Ｇａ液面との間の通電距離（ジュール発熱区間長さ）を一定とし、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能となる。
【００５２】
（２）冷却用容器内に収容されたリールを固定して、該リールの円周に沿って回転する複数の小リールを設けたことにより、液体Ｇａの液面の揺れ（振動）を減少できるため、通電キャプスタンと液体Ｇａ液面との間の通電距離（ジュール発熱区間長さ）を一定とし、均一な条件で長尺線材の急熱急冷処理が可能となる。
【００５３】
（３）線材長手方向に安定した（均質な）臨界電流密度特性を有するＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線材を製造することが可能である。
【００５４】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はそれらによって限定されるものではない。
【実施例】
【００５５】
初めに、実施例１〜６および比較例１〜３に使用するマルチ線材１２を以下のように作製した。まず、外径５ｍｍのＮｂの中心材４と、厚さが８０μｍの純Ｎｂシート２と、厚さが２５μｍの純Ａｌシート３を用いて、図１に示すようなシングル線材８を製造し、次いで、８５本のシングル線材８をＮｂ管９に挿入後、これを更にＣｕ−Ｎｉ管１０に入れて静水圧押出しし、伸線加工を施してマルチ線材１２を作製した。作製したマルチ線材１２の線径はφ１．３５ｍｍ、長さは３００ｍ（実施例６では長さ４００ｍ）である。
【００５６】
（実施例１）
図３に示す急熱急冷装置３０（第１の実施の形態）を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
【００５７】
（実施例２）
図４に示す急熱急冷装置４０（第２の実施の形態）を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。ここで、嵩上げ用治具３６には表面にアルミナコーティングを施したステンレスの棒を用いた。
【００５８】
（実施例３）
図５に示す急熱急冷装置５０（第３の実施の形態）を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
【００５９】
（実施例４）
図６に示す急熱急冷装置６０（第４の実施の形態）を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。ここで、嵩上げ用治具３６には表面にアルミナコーティングを施したステンレスの棒を用いた。
【００６０】
（比較例１）
図１３に示す急熱急冷装置２０を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。
【００６１】
表１は、実施例１〜４および比較例１における急熱急冷処理条件（使用装置の要点、処理時の通電電流値）、処理開始時と終了時の発生電圧の測定結果、および作製した線材の前後端（処理開始時と終了時）の磁界２１Ｔ、温度４．２Ｋ中における臨界電流値を示したものである。ここで、処理は電流一定で通電し、通電キャプスタン２２−液体Ｇａ２７の液面間の電圧を発生電圧とした。また、臨界電流特性を測定するサンプルには、Ｎｂ３Ａｌ化合物相を析出させるための８００℃×１０時間の再加熱処理を施してある。なお、各例における線材構成が同一であることから、臨界電流特性の比較は、臨界電流密度特性の比較と見なすことができる。
【００６２】
【表１】
2007073314.tif 000003
【００６３】
表１によれば、液面高さを一定に保つ機構を使用して急熱急冷処理を行った実施例１〜４では、いずれも処理前後の液面高さの変化が−０．０１〜−０．０２ｍｍ程度と非常に小さく、液面高さがほぼ一定に保たれていることがわかる。また、液面高さが一定であることから通電距離（ジュール発熱区間長さ）が変化しておらず、これに伴って発生電圧も処理開始から終了時で０〜０．１Ｖと小さな変動に抑えられ、処理条件が一定に保たれた急熱急冷処理が行われていることがわかる。さらに、臨界電流値の変化も、線材の前後端で２％以下という、線材長手方向に非常に均質な特性を有する超電導線が作製されている。
【００６４】
一方、液面高さを一定に保つ機構を使用せずに急熱急冷処理を行った比較例１では、処理前後で液面高さが１．４２ｍｍ減少し、通電距離（ジュール発熱区間長さ）が長くなったことに伴って発生電圧も０．９Ｖ上昇し、安定した（均一な）処理条件での急熱急冷処理が行われていないことがわかる。また、線材長手方向に処理条件が変化しているため、線材前後端の超電導特性も変化し、条件の変化した後端では前端の約９０％の臨界電流しか流れない。結果として、線材長手方向に不均質な超電導線が作製されていることがわかる。
【００６５】
これらの結果から、線材長手方向に均一な処理条件で急熱急冷処理を行い、均質な臨界電流密度特性を有する超電導線を作製するためには、冷却用金属材（Ｇａ）の液面高さを一定に保つ対策が有効であることがわかる。
【００６６】
（実施例５）
図３に示す急熱急冷装置３０において、リール２４に換えて、図７（ｂ）に示す小リール２４ｂを設けたリール２４Ｂを用いた装置（第５の実施の形態）にて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、２２３Ａにて行った。
【００６７】
（比較例２）
一方、図１３に示す急熱急冷装置２０（図７（ａ）のリール２４Ａを備える）を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、２２８Ａにて行った。
【００６８】
比較例２及び実施例５についてそれぞれ急熱急冷処理時の通電における発生電圧の測定を行った。比較例２及び実施例５の線材における発生電圧の測定結果の一部（線材長さ１０ｍ分）をそれぞれ図９，図１０に示す。
【００６９】
図９，図１０より明らかなように、比較例２では、液体Ｇａの液面が揺れる（振動する）ことにより通電距離が変動するため、発生電圧が変動してしまった。一方で、実施例５では、液体Ｇａの液面の揺れが抑えられるため、発生電圧の変動を極めて小さくすることができた。
【００７０】
（実施例６）
図３に示す急熱急冷装置３０において、図８に示すような冷却用容器２６が上下動する装置（第６の実施の形態）にて、作製したマルチ線材１２（４００ｍ）に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、２１７Ａにて行った。
【００７１】
（比較例３）
一方、図１３に示す急熱急冷装置２０を用いて、作製したマルチ線材１２に急熱急冷処理を施して過飽和固溶体を生成させた。処理時の通電電流値は、
２１７Ａにて行った。
【００７２】
実施例６及び比較例３についてそれぞれ発生電圧の測定を行い、急熱急冷処理した線材の長さ約１５３ｍ（比較例３），約４００ｍ（実施例６）における発生電圧の測定結果をそれぞれ図１１，図１２に示す。
【００７３】
図１１，図１２より明らかなように、比較例３では、液体Ｇａが減少することにより通電距離が変動するため、発生電圧が変動してしまった（上昇傾向であった、約１５０ｍで約０．２Ｖ増大）。一方で、実施例６では、液体Ｇａの液面高さがほぼ一定に保たれるため、発生電圧をほぼ一定とすることができた（約４００ｍでの変動が０．１Ｖ程度以内）。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態に係るＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法における各製造段階での線材の形状を示したものであり、（ａ）は複合素線を示す断面図、（ｂ）はシングル線材を示す斜視図、（ｃ）は複合線材を示す斜視図、（ｄ）はマルチ線材を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＮｂ３Ａｌ化合物系超電導線の製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。
【図７】冷却用容器内に収容されたリールの構成を示す概略図であり、（ａ）は従来の急熱急冷装置に係るものであり、（ｂ）は本発明の第５の実施の形態に係る急熱急冷装置に係るものである。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係る急熱急冷装置の一部拡大概略図である。
【図９】比較例２における発生電圧の測定結果を示す図である。
【図１０】実施例５における発生電圧の測定結果を示す図である。
【図１１】比較例３における発生電圧の測定結果を示す図である。
【図１２】実施例６における発生電圧の測定結果を示す図である。
【図１３】急熱急冷変態法による超電導線の製造に用いられる従来の製造装置（急熱急冷装置）の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１:積層体
２:Ｎｂシート
３:Ａｌシート
４:中心材
５:Ｎｂ被覆
６:Ｃｕ被覆
７:複合素線
８:シングル線材
９:Ｎｂ管
９’：外部マトリックス
１０：Ｃｕ-Ｎｉ合金管
１１：複合線材
１２：マルチ線材
２０，３０，４０，５０，６０：急熱急冷装置
２１：送出しリール
２２：通電キャプスタン
２３：直流電源
２４，２４Ａ，２４Ｂ：リール
２４ｂ：小リール
２５：巻取りリール
２６：冷却用容器
２７，３３：液体Ｇａ
３４：液面センサー
３１：筐体
３１Ａ：第１の筐体
３１Ｂ：第２の筐体
３２：調整用容器
３５：Ｇａ注入ポート
３６：嵩上げ用治具
３７：センサーヘッド
３８：特殊金属
【図１】
2007073314.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007073314.tif 000009
【図７】
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【図８】
2007073314.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007073314.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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